1、第七章聚合物、高分子材料、導(dǎo)彈、核武器、航空航天等軍用復(fù)合材料、飛機地板材料、整流罩、機身門窗、室內(nèi)裝飾等的機械性能。光纜、電纜、劃艇、球拍、羽毛球拍、管子、齒形帶、v型帶、輪胎、膠帶和膠鞋，都被廣泛使用。在使用中，聚合物材料必須具有必要的機械性能第1節(jié)玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的機械性能，1.1描述機械性能的基本物理量，1 .應(yīng)力和應(yīng)變，應(yīng)變：材料幾何形狀和尺寸的變化是應(yīng)變。(應(yīng)力)，應(yīng)力：單位面積的附加內(nèi)力是應(yīng)力。(應(yīng)變)，對于各向同性材料，不同的應(yīng)力模式，變形的類型將是不同的。簡單拉伸，真實應(yīng)變，(2)簡單剪切，剪切應(yīng)力，(3)均勻壓縮，圍壓： P，體積從V0變?yōu)椋壕鶆驂嚎s應(yīng)變：單位體積體積體

2、積減少，彈性模量，對于理想的彈性固體，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常數(shù)稱為彈性模量，楊氏模量，剪切模量的倒數(shù)，楊氏模量的倒數(shù)，剪切模量的倒數(shù)，體積模量的倒數(shù)，壓縮性，機械強度，當外力超過材料的承載力，材料將被破壞。機械強度是材料抵抗外力破壞的能力。在各種實驗應(yīng)用中，機械強度是材料機械性能的重要指標。不同的破壞力有不同的強度指標。1.2幾種常見的力學(xué)性能指標1 .抗拉強度：(抗拉強度)在規(guī)定的溫度、濕度和一定的速度條件下，沿軸向?qū)藴试嚇邮┘永燧d荷，直至試樣斷裂。拉伸強度：拉伸模量：2。彎曲強度：(彎曲強度)當集中載荷施加在兩個支撐點之間的樣品上，使樣品變形直至斷裂時的載荷稱為彎曲強度。彎曲強度，彎

3、曲模量，3。沖擊強度：(沖擊強度)標準樣品在高速沖擊條件下斷裂時單位面積吸收的能量。沖擊強度：4。硬度：(硬度)硬度與材料的抗拉強度和彈性模量有關(guān)，這是衡量材料表面抵抗機械壓力能力的指標。1.3幾種聚合物的拉伸行為，1。玻璃態(tài)聚合物的拉伸，b點的屈服應(yīng)力，c點的斷裂應(yīng)力，斷裂伸長率，拉伸過程中的分子運動，曲線初始階段的胡克彈性體，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。變形是由聚合物的鍵長和鍵角的變化引起的。經(jīng)過脆性斷裂、和屈服點后，材料的大變形鏈段有運動韌性斷裂和高彈性變形，玻璃聚合物有強迫高彈性變形，玻璃聚合物在大外力作用下的大變形有強迫高彈性變形，外力作用下的松弛時間與應(yīng)力的關(guān)系為3360。影響強制高彈性變形

4、的因素：外力、溫度、作用速度、結(jié)構(gòu)因素和分子量。增加外力類似于增加溫度。脆性溫度：這是一個特征溫度，用Tb表示。當溫度低于Tb時，玻璃態(tài)聚合物不能經(jīng)受強制高彈性變形，而必須經(jīng)受脆性斷裂，所以Tb稱為脆性溫度。(脆性溫度)只有在Tb和TG之間的溫度范圍內(nèi)，玻璃態(tài)聚合物才能在外力作用下實現(xiàn)強制高彈性變形，而強制高彈性變形是塑料具有韌性的原因，所以Tb Tg是塑料的最低溫度。結(jié)晶聚合物拉伸過程的解釋和曲線形狀結(jié)晶聚合物和無定形玻璃狀聚合物在拉伸條件下表現(xiàn)相似，它們本質(zhì)上都是高彈性變形。差別：可冷拉的溫度范圍和聚集結(jié)構(gòu)的變化是不同的。硬彈性材料，聚丙烯、聚甲醛等易結(jié)晶的聚合物熔體，在高張力場中結(jié)晶時，

5、可以得到彈性模量遠高于普通橡膠的高彈性纖維和薄膜材料，因此被稱為硬彈性材料。E.克拉克能量彈性機制，硬彈性的表面能機制，硬彈性主要是由成形纖維的表面能變化，應(yīng)變誘導(dǎo)的塑料到橡膠的轉(zhuǎn)變，1.4聚合物的屈服，1 .聚合物在單軸拉伸下的應(yīng)力分析：當樣品處于拉伸狀態(tài)時，樣品內(nèi)部任意截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力只等于樣品的正應(yīng)力。當=45時，出現(xiàn)最大剪應(yīng)力。當=0時，出現(xiàn)正應(yīng)力的最大值。真實的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其屈服準則，例如，當樣品的體積在變形過程中不變時，則伸長率被定義。在曲線上，當達到最大值時，樣品開始形成頸部，常規(guī)應(yīng)力降低，最后樣品在頸部最窄的部分斷裂。然而，在對比曲線上，它隨著增加而單調(diào)增加，并且當樣

6、品是頸狀時，最大值不出現(xiàn)。真應(yīng)力-應(yīng)變曲線類型：屈服點準則：在屈服點，曲線有一個拐點d /d=0，在=-1處與曲線相切，切點為屈服點。這意味著在點=-1處，不可能與-曲線相切。這種聚合物在冷拔過程中不會形成縮頸，隨著拉力的增加，聚合物拉伸均勻。這意味著在點=-1處，可以與-曲線相切。這種聚合物具有屈服和頸縮，并且聚合物最終隨著張力的增加而斷裂。意味著在=-1時，可以對-曲線做兩條切線，D是屈服點，在E之后，聚合物被冷拉。1.5聚合物和理論強度的破壞，1 .聚合物化學(xué)鍵的破壞，分子之間的滑移和分子間力的破壞。聚合物能抵抗外力破壞的原因主要取決于分子內(nèi)化學(xué)鍵力、分子間范德華力和氫鍵的理論強度，(1

7、)化學(xué)鍵破壞：實際強度比理論值小幾倍。(2)分子間滑移：沒有由分子間滑移引起的斷裂。(3)分子間力的損傷：理論強度和實際強度在同一數(shù)量級。1.6影響聚合物實際強度的因素與材料本身有關(guān)：化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、支化和交聯(lián)、結(jié)晶和取向等。這與外部條件有關(guān)：溫度、濕度、光線、老化、作用力的速度等。1.分子結(jié)構(gòu)本身的影響，極性基團或氫鍵的密度越大，強度越高，低壓聚乙烯，1516MPa，聚氯乙烯，50 MPa，尼龍，610，60 MPa，尼龍，1010 80MPa，以及主鏈中含有芳香雜環(huán)的聚合物的強度和模量都比脂肪族的高，當引入芳香環(huán)側(cè)基時，強度和模量也會增加。帶有分支分子鏈的聚合物：分支增加了分子之

8、間的距離和分支程度，而聚合物的拉伸強度降低，沖擊強度增加。適度交聯(lián)的聚合物：適度交聯(lián)的聚合物可以提高拉伸強度。聚合物分子量的影響：強度隨著分子量的增加而增加。然而，當分子量足夠大時，拉伸強度與分子量無關(guān)，并且沖擊強度繼續(xù)增加。分子量分布的影響：低分子量部分降低強度。2.結(jié)晶和取向的影響，結(jié)晶度的影響：提高結(jié)晶度有利于提高拉伸強度、彎曲強度和彈性模量；然而，如果結(jié)晶度太高，沖擊強度和斷裂伸長率將降低。球晶結(jié)構(gòu)的影響：大球晶通常會降低沖擊強度和斷裂伸長率；小球晶降低拉伸強度、模量和斷裂伸長率。晶體形態(tài)的影響：由延伸鏈組成的纖維晶體的拉伸性能比由折疊鏈組成的纖維晶體的拉伸性能好得多。取向的影響：取向

9、使聚合物材料各向異性，并增加取向方向的強度。在取向方向上，拉伸強度、屈服應(yīng)力和模量比無取向時高2 5倍，但在垂直方向上的強度比無取向時低2 3倍。3。應(yīng)力集中器、應(yīng)力集中的影響：如果材料中有缺陷，內(nèi)應(yīng)力分布將在儲存和使用過程中，由于應(yīng)力和環(huán)境的影響，許多熱塑性塑料的表面經(jīng)常會出現(xiàn)裂紋。由于光線的折射，這些裂縫看起來閃閃發(fā)光，所以它們被稱為銀紋。應(yīng)力發(fā)白：當塑料在拉伸或彎曲變形時，樣品是白色的，在沖擊下受損表面也可以看到白色現(xiàn)象。增塑劑的影響和增塑劑的加入稀釋了聚合物，降低了聚合物鏈之間的作用力，降低了強度。通常，添加增塑劑會降低材料的拉伸強度和模量，而斷裂伸長率和沖擊強度會相應(yīng)增加。從廣義上說，水是一種增塑劑。5.填料的影響。有兩種填料，即惰性填料和活性填料。惰性填料：它只起到稀釋的作用。降低成本，也降低材料的強度。活性填料：能顯著提高材料的性能。填料的增強程度與填料本身的強度及其與聚合物的親和力有關(guān)。粉末填料：纖維填料：填充物：6.共聚和共混的影響。共聚可以合成兩種或多種均聚物的性質(zhì)。聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混也是一種很好的改性方法，通過共混可以得到一些具有特定